线聚焦谱域光学相干层析成像的分段色散补偿像质优化方法

本研究中搭建了一套用于生物样品成像的线聚焦谱域光学相干层析(LF-SD-OCT)系统,针对系统误差引起的轴向展宽和灵敏度衰减问题,提出了一种分段色散补偿的方法,对成像深度内的二阶和三阶色散相位进行了补偿,并通过平面镜和透明胶带样品成像实验来验证该方法的有效性和可靠性。通过本文提出的分段色散补偿方法和其他成熟方法的联合应用,系统在获得57.2 kHz的等效A-scan速率的同时,轴向分辨率提升至6.76μm,对胶带样品2 mm深度范围内及水果样品0.3 mm深度范围内进行了较清晰成像。实验结果表明,该方法可以在兼顾处理效率的同时提高全深度轴向分辨率和灵敏度,未来有望广泛实现线聚焦谱域光学相干层析的生物医学成像应用。

基于空间谱域的分布式无源雷达成像性能分析

无源雷达成像即利用空间中存在的多个辐射源和接收站,同时对同一目标进行多角度成像,从而获取丰富的目标特征信息,它是当前雷达成像领域的研究热点之一。文章对无源雷达成像性能的影响因素进行分析,从多个辐射源、多个接收站和目标组成的空间三维构型出发,建立了目标回波模型,推导出回波数据与点散射函数之间存在的空间谱域映射关系。以北斗卫星辐射源为例,使用后向投影(back projection,BP)算法对多点目标进行成像仿真。仿真实验从辐射源与接收站数量、辐射源与接收站排布间隔以及辐射源与接收站构型三方面,有效验证了空间谱填充与成像质量的关系,为后续无源雷达成像系统的设计提供理论支撑。

谱域OCT技术在非球面镜面型测量中的应用

大多数光学系统都会用到光学透镜,球面镜、非球面镜在光学系统中的合理运用可使系统的成像深度更大,成像分辨率更高。同时对光学透镜的生产和检测提出了更高的技术要求。传统非球面镜检测方法一般是容易对镜面造成损坏的接触式测量以及测量时间长、检测口径有限的轮廓仪检测法。为此,文章提出一种基于谱域OCT技术的非接触式测量方法,解决了OCT在扫描高透光的非球面透镜时,透镜表面不规则散射光导致难以成像的问题,可以快速高效地对非球面透镜进行扫描成像,通过对采集到的图像数据进行面型拟合,进而计算出非球面镜的面型参数,包括非球面半径和非球面系数,为非球面镜的检测提供一种准确高效、无镜面损伤风险的技术支持。

宽谱域光电探测器阵列信号实时处理算法优化研究

宽谱域光电探测器阵列是一种先进的光电设备,能够在广泛的光谱范围内检测光信号,光谱范围覆盖从红外到紫外的大部分光谱。然而,宽谱域探测器产生的数据量巨大,对实时处理算法提出了极高的要求。本文介绍了宽谱域光电探测器阵列的基本原理,探讨了新型算法的设计与优化方法。实践证明,该优化方法能够显著提高宽谱域光电探测器阵列信号的实时处理效率。

基于LED光源的低成本谱域OCT成像系统设计

光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography,OCT)技术具有非侵入成像、成像速度快、灵敏度高等优点,在临床医疗诊断、材料学及生物学等众多领域被广泛应用。但目前的商业OCT系统成本高且结构庞大,仅能在大型眼科诊所、医院和研究实验室使用,在其他场所的实用性会受到很大限制。因此,开发一种具有一定分辨率和成像深度、高成像速度的低成本OCT系统是很有必要的。提出了一种基于LED光源的低成本OCT成像系统设计,阐述了系统成像原理及设计思路,进行了仿真模拟及实验验证。实验结果表明:该系统在提高成像速度的同时,降低了系统的综合成本,具有极高的应用价值。

谱域光学相干层析成像定量表征皮肤癌组织结构

皮肤癌等疾病的发生严重危害身体健康,为研究皮肤癌组织皮下结构变化与动态监测皮肤癌发生过程对皮肤结构的影响,采用谱域光学相干层析成像(spectral domain optical coherence tomography,SD-OCT)技术研究离体基底细胞癌皮肤组织,建立裸鼠背脊皮翼视窗(dorsal skin fold window chamber,DSFC)黑色素瘤模型.通过层析扫描对病变组织皮下结构进行图像重构,分别获得了皮肤样品一维扫描信号、二维层析图像和三维结构图像.对比分析发现,基底细胞癌皮肤外部形态无明显变化,内部组织存在无散射信号区域,二维层析图像中表现为椭圆形状黑色巢穴.黑色巢穴病灶区位于皮肤表皮下层区域,长度约155.972μm,宽度约150.192μm.同时,通过对DSFC黑色素瘤模型连续11 d的动态监测,发现伴随黑色素瘤细胞的分裂增殖,皮肤表面出现肿瘤状隆起,皮下毛细血管逐渐清晰.在二维OCT图像中,光学系统光束穿透能力受到限制,在肿瘤种植后不同时间节点位置的层析成像深度呈现衰减区域,而且皮肤层OCT信号增强,可能因为黑色素瘤的生长并不断向上侵袭所致.实验结果表明,离体基底细胞癌皮肤组织内部形态发生显著变化,出现无OCT信号黑色病灶区域;裸鼠在体黑色素瘤的动态发展对皮肤组织产生影响,不同的时间节点,皮肤层具有不同的OCT影像表现.该研究为基底细胞癌的诊断和治疗提供了图像和数据依据,同时动态监测黑色素瘤过程也对皮肤癌病变过程研究具有重要意义.

基于谱域-空域结合特征和图割原理的高光谱图像分类

高光谱图像中存在着特征维度高而训练集小的问题。为解决该问题,提出了一种2步走的分类方法:1)通过支持向量机对图像进行初步分类,根据分类结果计算出每个类别的均值特征;2)使用1)计算出来的均值特征作为能量函数的数据项,然后利用图割原理对图像做二次分类。实验中发现:空间上相近的像素点往往具有相似的特征,且属于同一个类别。针对这种现象,提取一个将谱域特征和空域特征相结合的新特征。该特征既包含了光谱信息也包含了空间信息,具有较好的分类性能和鲁棒性。在Indian Pine数据集和Pavia University数据集进行实验,实验结果表明了本文提出方法的有效性。

复赛谱域提取混合相位子波的方法

为有效地提高地震资料的分辨率,提出了一种新的混合相位地震子波提取方法。相同振幅谱、不同 相位谱的地震子波分别对应不同的最大和最小相位分量。在复赛谱域,遵照一定的规则,子波振幅谱可以分割为 两部分,其分别对应于子波的最大和最小相位分量,分割比例的不同决定了子波不同的相位,由此可以得到最大相 位子波、最小相位子波、零相位子波和一系列混合相位子波。根据地震记录信噪比谱的情况,设定地震记录的希望 输出子波,对地震记录进行确定性子波反褶积。依据反褶积后地震记录方差模大小和分辨率情况,最终从一系列 相同振幅谱不同相位谱子谱集合中确定理想的混合相位子波,通过确定性子波反褶积达到提高地震记录分辨率的 目标。对理论合成地震记录和实际地震记录进行了子波提取实验,并利用提取的地震子波对地震资料进行了提高 分辨率的处理,实验结果表明了该方法的正确性和有效性。

基于空间谱域填充的MIMO雷达成像研究

雷达成像需要获得目标空间谱域一定范围和密度的采样以重建目标图像,目标空间谱域的填充方式与雷达成像的质量有直接关系.论文首先阐述了MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)雷达收发信号模型的空间卷积效应,基于电磁逆散射原理,推导出一种MIMO雷达成像方法,详细论述了成像性能与空间谱域填充的关系.讨论了收/发阵列配置对空间谱域填充的影响,得到阵列排布的基本准则,最后对成像算法的有效性和理论分析结果进行仿真验证.

谱域OCT成像系统在口腔组织检测中的应用

基于谱域光学相干层析术理论设计并搭建了一套便于集成化的光纤式谱域OCT系统,其纵向分辨率为7.3μm,横向分辨率为9.5μm,在空气中的成像深度为3.14 mm。该系统通过干涉光谱来获得样品的深度信息,实现数据的高速采集。利用该系统对口腔内唾液腺导管内壁的组织形态进行了研究,并将得到的OCT图像与相对应的病理切片图片进行了比较。实验结果表明,采用研制的系统可以获得腮腺导管内壁组织的层析结构。该项研究对临床医学上的口腔唾液腺疾病的无创检查和早期诊断具有指导意义。

基于谱域-空域组合核函数的高光谱图像分类技术研究

针对传统高光谱图像分类算法多利用目标的光谱信息,不重视空间信息的问题,本文提出了一种综合利用谱域-空域信息的最小二乘支持向量机分类算法。首先利用主成分分析进行特征提取,然后在保留的主分量图像上用数学形态学得到目标的空域信息。并结合光谱域特征,探讨了各种组合策略,构造组合核函数。通过在分类器中引入空域信息,提高了分类准确率。而且采用了最小二乘支持向量机,将标准向量机的二次规划问题转换为求解线性方程组的问题。利用了其训练速度快、效率高的优点。高光谱数据实验表明,本文提出的方法和单独使用谱域或空域信息进行分类相比表现出了一定的优越性,从而适用于较大规模的高光谱图像分类。

谱域光学相干层析成像量化技术及其在生物组织定量分析中的应用

研究了谱域光学相干层析(SDOCT)成像系统的量化技术,通过量化OCT图像来获得生物组织内部的信息特征对组织光学散射特性进行定量分析。给出并讨论了单次散射模型,具有轴向点散射函数(PSF)的单次散射模型和多次散射模型,利用平均A-scan算法和非线性最小二乘法曲线拟合,研究不同浓度IntralipidTM溶液的散射特性。实验显示,IntralipidTM溶液的散射系数与浓度在1%～10%间基本呈线性关系,验证了具有PSF的单次散射模型比较适用于本文的谱域光学相干层析成像系统。利用该模型对小鼠的新鲜肝脏进行量化研究,得到小鼠新鲜肝脏在波长λ0为1550nm时的散射系数为8.9mm-1。本文的研究为该项技术今后在临床医学上对各种疾病的诊断和治疗奠定了基础。

倒谱域音频与图像水印算法

综述了倒谱域数字水印技术的现状,详细介绍了现有倒谱域音频、图像水印的嵌入与检测方法,展望了倒谱分析在数字水印算法中的应用前景.将倒谱分析非线性方法用于水印技术具有一定的研究价值,可在一维、二维复倒谱域中对数字图像信号嵌入图像水印、音频水印;可将倒谱变换与其他方法结合研究音频信号、数字图像水印的嵌入技术.

口径/谱域积分-表面积分法的研究

通过分析口径积分、平面波谱理论关于天线近场计算的特点,获得一种混合的天线近场计算方法.结合表面积分技术,提出了口径/谱域积分-表面积分法,用于三维天线-罩系统电性能数值仿真.该方法吸取了口径积分和平面波谱理论的优点,对于天线近场的分析更为精确、实用.以弹载天线罩为仿真实例,结果表明,与口径积分-表面积分法和平面波谱-表面积分法相比,口径/谱域积分-表面积分法的计算结果与实验结果更为吻合,证明了该算法具有更高的精确度.

工艺随机扰动下非均匀RLC互连线串扰的谱域方法分析

考虑工艺随机扰动对互连线传输性能的影响,建立了互连线随机扰动模型,提出了一种基于谱域随机方法的互连线串扰分析新方法.该方法将具有随机扰动的耦合互连线模型在线元分析阶段进行解耦,分别采用随机伽辽金方法(SGM)和随机点匹配方法(SCM)进行串扰分析.最后,利用复逼近给出工艺随机扰动下互连线串扰噪声的解析表达式.实验结果表明本文方法不仅可以对工艺随机扰动下的非均匀耦合互连线串扰进行有效估计,相较于SPICE仿真还具有更高的计算效率.

基于谱域相位分辨光学相干层析的纳米级表面形貌成像

提出了一种基于谱域相位分辨光学相干层析的纳米级表面形貌成像方法,由干涉光谱计算样品相邻两点的相位差,得到样品表面相位差分图,经过积分,重建样品表面形貌的定量分布.当相邻两点相位差的绝对值小于π,不产生相位包裹,避免了目前的干涉法相位解包裹存在的问题,将干涉法相邻两点相位差绝对值的限制条件由目前的π扩大到2π,提高了干涉法表面形貌成像的适用范围.参考面和样品置于同一平台之上,消除环境干扰及系统振动的影响,噪声幅度小于0.3 nm.通过对光学分辨率片及表面粗糙度标准样板的表面形貌成像,对本方法进行了验证,系统的轴向分辨率优于1 nm.

复倒谱域语音信号去混响研究

语音信号去混响技术能明显提高语音通信系统和识别系统的性能。简要介绍了语音复倒谱法去混响原理,对复倒谱域去混响滤波特性进行了仿真研究。根据多种去混响评价指标,确定复倒谱域"低通滤波器"的最高截止点、过渡带宽和过渡带的曲线特性等参数,发现在通常混响时间范围内,"低通滤波器"最高截止点与混响时间无关,复倒谱域滤波前加高斯窗可以改善去混响效果。

带槽孔多层平面结构的谱域解及其数值技术

建立了带单槽孔多层平面结构场分布的谱域电磁模型 .对该模型的数值求解讨论了相应的数值技术 ,以解决谱域积分中的奇异和振荡问题 .通过采用分离快慢变函数、大宗量简化函数、合理划分积分区域等一系列加速计算方法 ,大大缩短了计算时间 .

屏蔽微带线特性的谱域导抗法分析

本文用谱域导抗法分析了微带线的特性,研究了屏蔽盒对微带线传播特性和色散特性的影响。 谱域导抗概念的引入大大简化谱域方法中冗长的场公式推导过程,其分析结果又能保证相当高的精度。本文 的研究结果表明:屏蔽盒的顶盖使微带线等效介电常数变小,对色散特性影响不大;屏蔽盒的侧壁使微带线 等效介电常数变大,并减小了微带线的色散.

联合应用谱域OCT和眼底自发荧光观察激光术后光凝斑视网膜结构的变化

目的探讨应用谱域OCT（SD-OCT）和眼底自发荧光（fundus autofluorescence,FAF）评价激光光凝术后视网膜神经上皮层及色素上皮层结构变化。方法对视网膜激光光凝术后14只眼539个光凝斑进行眼底彩色照相、SD-OCT和FAF检查,部分病例行标准红外线（stand-ard infrared,IR）检查。观察时间为术后1 h、1~2周、1~6个月、6~12个月、1~2.5年和2.5年以上。通过488 nm激发光,500 nm滤光片成像系统采集FAF（Spectralis HRA2＋OCT）。结果视网膜激光光凝术后1 h,SD-OCT图像显示神经感觉层组织全层增厚,高反光,提示神经感觉层全层水肿,色素上皮层（RPE）变薄或者正常,光凝斑处自发荧光信号衰减,表现为自发荧光暗点。激光光凝术后2周,SD-OCT图像显示神经上皮层全层向光凝斑中心牵拉,RPE层,变厚提示RPE细胞增生;光凝斑自发荧光信号显著增强。激光光凝术后1~6个月,光凝斑自发荧光信号中心部增强,周边部环形减弱,SD-OCT扫描显示激光斑中心部RPE细胞层增厚,周围环形萎缩。激光光凝术后6~12个月,光凝斑处自发荧光表现为周围环形低荧光区域面积扩大,中心强信号范围缩小,呈孤岛状;SD-OCT扫描显示RPE萎缩面积扩大,光凝斑中心部少量RPE细胞增殖。激光光凝术后1年以上,SD-OCT图像显示光凝斑处RPE萎缩伴神经感觉组织严重受损,激光斑自发荧光变成黑点并扩大。结论应用SD-OCT和FAF可以长期随访光凝斑处视网膜结构变化,补充荧光血管造影技术观察激光光凝治疗效果。二者联合应用为活体内研究激光斑提供新的观察手段。